本發(fā)明涉及到一種實際工程應(yīng)用性強的緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置，具體的說是涉及到基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

飛行器等大型機械設(shè)備結(jié)構(gòu)中存在著大量的緊固件，如螺栓、螺釘和鉚釘。實時掌握這些緊固件的健康狀態(tài)，對其安全具有非常重要的意義。

傳統(tǒng)的無損檢測主要有射線檢驗、超聲檢測、磁粉檢測和液體滲透檢測四種。但是，大多數(shù)無損監(jiān)測方法需要結(jié)構(gòu)處于某種特定狀態(tài)，無法對結(jié)構(gòu)進行實時在線監(jiān)測，造成監(jiān)測效率低；結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的概念最早由美國軍方提出，隨著傳感器技術(shù)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)技術(shù)、信號處理和通信技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)和先進材料技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)受到廣泛關(guān)注。隨著飛行器結(jié)構(gòu)朝著復(fù)雜化、大型化、智能化方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的內(nèi)容逐漸豐富起來，如今已在結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測、損傷成像定位及壽命監(jiān)測等方面取得了較大發(fā)展。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的原理是：首先利用集成在結(jié)構(gòu)表面或者內(nèi)部的驅(qū)動/傳感元件組網(wǎng)，實時在線地獲取與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)相關(guān)的信息；然后再利用特定的信號處理方法和結(jié)構(gòu)力學(xué)建模方法，提取與損傷相關(guān)的特征參數(shù)，從而達到識別結(jié)構(gòu)的損傷類型和程度；最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康的自診斷，達到既能保證結(jié)構(gòu)的安全又能降低維修費用的目的；基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法主要根據(jù)結(jié)構(gòu)中傳播的Lamb波與損傷之間相互作用，通過分析Lamb波中的異常狀態(tài)對結(jié)構(gòu)中的損傷進行監(jiān)測與評估；這種方法對結(jié)構(gòu)中微小的、局部損傷比較敏感；本發(fā)明提供一種基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置針對飛行器等大型機械設(shè)備結(jié)構(gòu)中存在的大量緊固件進行實時、在線、有效的監(jiān)測，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，功能完善，自動化水平高的顯著優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置針對飛行器等大型機械設(shè)備結(jié)構(gòu)中存在的大量緊固件進行實時、在線、有效的監(jiān)測，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，功能完善，自動化水平高的顯著優(yōu)點。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置，包括：移動平臺，升降支撐，驅(qū)動系統(tǒng)，在線監(jiān)測系統(tǒng)，控制系統(tǒng)；所述驅(qū)動系統(tǒng)安裝在所述移動平臺的底部，所述控制系統(tǒng)安裝在所述移動平臺的中部，所述升降支撐固定安裝在所述移動平臺上，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器安裝在所述升降支撐的頂端，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)置于所述移動平臺上，通過所述控制系統(tǒng)的遙控器實現(xiàn)所述移動平臺的運動，通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)緊固件的在線監(jiān)測；所述移動平臺采用高強度結(jié)構(gòu)鋼，所述移動平臺上開有長方形凹糟，用來安裝所述升降支撐；所述移動平臺的底部安裝所述驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)包括：輪邊驅(qū)動和麥克納姆輪，所述麥克納姆輪共四套，每兩套為一組與所述輪邊驅(qū)動連接，所述驅(qū)動系統(tǒng)的每個麥克納姆輪均為獨立懸掛，保證所有所述麥克納姆輪在地面的不平整的情況下都處于著地狀態(tài)，確保移動平臺在行走和周轉(zhuǎn)的高效率和高精度以及平穩(wěn)性；每組所述驅(qū)動系統(tǒng)的麥克納姆輪和輪邊驅(qū)動電機，通過矢量合成分別控制，實現(xiàn)360°零轉(zhuǎn)彎半徑，任意方向行走，通過程序內(nèi)部控制驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)二維平面內(nèi)任意方向的移動功能，包括直行、橫行、斜行、任意曲線移動，適合轉(zhuǎn)運空間有限、作業(yè)通道狹窄的環(huán)境，同時實現(xiàn)行走和升降；所述升降支撐采用多層剪刀叉結(jié)構(gòu)連接，通過雙排油缸驅(qū)動，油缸的底座和油缸桿的頂端分別與最底層的剪刀叉和中間的剪刀叉連接，當(dāng)需要將升降支撐進行升高時，伸長油缸桿的伸出長度，縮短最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現(xiàn)所述升降支撐的升高；當(dāng)需要將所述升降支撐進行降低時，縮短油缸桿的伸出長度，伸長最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現(xiàn)所述升降支撐的降低，降低到最低高度的所述升降支撐的多層剪刀叉均落到所述移動平臺的凹槽內(nèi)，節(jié)省空間。

進一步地，所述移動平臺整體為方鋼焊接而成，為長方形結(jié)構(gòu)，所述移動平臺的兩端安裝兩端為所述驅(qū)動系統(tǒng)，所述移動平臺的中間安裝所述升降支撐；所述移動平臺的四周的側(cè)面安裝防撞條，所述防撞條采用高彈性橡膠條，緩沖在運行中遇到障礙物時對整車的沖擊。

進一步地，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)包括：三坐標(biāo)測量臂、機箱、在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件、傳感器、高性能數(shù)據(jù)采集卡、任意波形發(fā)生器、功率放大器、程控放大器、控制器、顯示屏；所述在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件、所述任意波形發(fā)生器、所述控制器及所述高性能數(shù)據(jù)采集卡置于所述機箱內(nèi)，所述機箱分別連接所述功率放大器、所述程控放大器、所述顯示屏；所述傳感器安裝在所述三坐標(biāo)測量臂的頂端，所述傳感器與所述程控放大器連接；通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件控制所述任意波形發(fā)生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調(diào)制電壓信號，該電壓信號經(jīng)過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大后的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結(jié)構(gòu)中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發(fā)送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經(jīng)過所述程控放大器處理后的Lamb波信號輸入至所述高性能數(shù)據(jù)采集卡，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率設(shè)置為1MS/s，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)輸入到所述控制器進行相應(yīng)的存儲和處理，并在所述顯示屏上得到松動損傷監(jiān)測結(jié)果；依據(jù)上述過程，首先采集緊固件處于緊固狀態(tài)時的信號，即健康信號；監(jiān)測緊固件是否松動時，繼續(xù)采集緊固件處于松動或損傷時刻的信號，即損傷信號，將損傷信號減去健康信號，得到差信號；當(dāng)緊固件一直處于緊固狀態(tài)時，采集到的健康信號和損傷信號在理論上應(yīng)該完全一樣，此時差信號應(yīng)該為零；在所述在線監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)置一個閾值，將截斷后的差信號幅值作為判斷緊固件松動監(jiān)測的損傷因子，當(dāng)損傷因子小于設(shè)定的閾值時，表示差信號是由于噪聲干擾及壓電傳感器差異性造成的，因此判斷緊固件一直處于緊固狀態(tài)；當(dāng)損傷因子大于設(shè)定的閾值時，表示差信號是緊固件松動原因所造成的，因此判斷緊固件處于松動狀態(tài)。

進一步地，其特征在于，所述三坐標(biāo)測量臂的底座安裝在所述升降支撐的平臺上，所述三坐標(biāo)測量臂由三個關(guān)節(jié)組成，第一關(guān)節(jié)與所述三坐標(biāo)測量臂的底座連接形成轉(zhuǎn)動副，第二關(guān)節(jié)與第一關(guān)節(jié)連接形成轉(zhuǎn)動副，第三關(guān)節(jié)與第二關(guān)節(jié)連接形成轉(zhuǎn)動副，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器安裝在第三關(guān)節(jié)的頂端；所述三坐標(biāo)測量臂與所述升降支撐與所述移動平臺相配合，實現(xiàn)不同位置的緊固件在空間范圍內(nèi)的實時、在線、有效的監(jiān)測。

進一步地，所述控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)軟件、控制系統(tǒng)硬件及遙控器，所述控制系統(tǒng)軟件及所述控制系統(tǒng)硬件置于所述移動平臺的底部，所述控制系統(tǒng)具有CAN通信總線接口，與所述驅(qū)動系統(tǒng)的電機的驅(qū)動控制器進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)電機的動作控制，所述驅(qū)動系統(tǒng)的行走控制器通過無線數(shù)據(jù)傳輸接收遙控器發(fā)出的控制指令，經(jīng)過控制器的運算，發(fā)送給四個電機的驅(qū)動控制器，分別驅(qū)動四個電機，完成對電機的轉(zhuǎn)速及方向的控制，從而精確的所述移動平臺的全方位行走控制；通過控制所述遙控器調(diào)節(jié)所述控制系統(tǒng)控制整個裝置各個部件之間協(xié)調(diào)運行。

本發(fā)明基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置的工作方法具體步驟如下：

通過所述控制系統(tǒng)的遙控器調(diào)節(jié)所述移動平臺的全方位行走，并移動到需要進行監(jiān)測的緊固件附件，調(diào)節(jié)油缸桿的伸出長度，實現(xiàn)所述升降支撐升降到合適的監(jiān)測位置，通過所述三坐標(biāo)測量臂的空間運動與所述移動平臺相配合，實現(xiàn)不同位置的緊固件在空間范圍內(nèi)的實時、在線、有效的監(jiān)測；通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件控制所述任意波形發(fā)生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調(diào)制電壓信號，該電壓信號經(jīng)過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大后的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結(jié)構(gòu)中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發(fā)送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經(jīng)過所述程控放大器處理后的Lamb波信號輸入至所述高性能數(shù)據(jù)采集卡，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率設(shè)置為1MS/s，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)輸入到所述控制器進行相應(yīng)的存儲和處理，并在所述顯示屏上得到緊固件的松動損傷監(jiān)測結(jié)果。

本發(fā)明的基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置，其有益效果在于：

(1)本發(fā)明的基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置通過所述升降支撐和所述三坐標(biāo)測量臂與所述移動平臺相配合，實現(xiàn)不同位置的緊固件在空間范圍內(nèi)的實時、在線、有效的監(jiān)測。

(2)本發(fā)明的基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，功能完善，操作方便，自動化水平高的顯著優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置的三維立體圖；

圖2為本發(fā)明基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置的在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程圖；

圖中：1-移動平臺，2-升降支撐，3-驅(qū)動系統(tǒng)，4-在線監(jiān)測系統(tǒng)，5-控制系統(tǒng)，41-三坐標(biāo)測量臂。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對發(fā)明做進一步的描述。

如圖1、2所示，本發(fā)明基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置，包括：移動平臺1，升降支撐2，驅(qū)動系統(tǒng)3，在線監(jiān)測系統(tǒng)4，控制系統(tǒng)5；所述驅(qū)動系統(tǒng)3安裝在所述移動平臺1的底部，所述控制系統(tǒng)5安裝在所述移動平臺1的中部，所述升降支撐2固定安裝在所述移動平臺1上，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4的傳感器安裝在所述升降支撐2的頂端，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4置于所述移動平臺上，通過所述控制系統(tǒng)5的遙控器實現(xiàn)所述移動平臺1的運動，通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4實現(xiàn)緊固件的在線監(jiān)測；所述移動平臺1采用高強度結(jié)構(gòu)鋼，所述移動平臺1上開有長方形凹糟，用來安裝所述升降支撐2；所述移動平臺1的底部安裝所述驅(qū)動系統(tǒng)3，所述驅(qū)動系統(tǒng)3包括：輪邊驅(qū)動和麥克納姆輪，所述麥克納姆輪共四套，每兩套為一組與所述輪邊驅(qū)動連接，所述驅(qū)動系統(tǒng)3的每個麥克納姆輪均為獨立懸掛，保證所有所述麥克納姆輪在地面的不平整的情況下都處于著地狀態(tài)，確保移動平臺1在行走和周轉(zhuǎn)的高效率和高精度以及平穩(wěn)性；每組所述驅(qū)動系統(tǒng)3的麥克納姆輪和輪邊驅(qū)動電機，通過矢量合成分別控制，實現(xiàn)360°零轉(zhuǎn)彎半徑，任意方向行走，通過程序內(nèi)部控制驅(qū)動系統(tǒng)3實現(xiàn)二維平面內(nèi)任意方向的移動功能，包括直行、橫行、斜行、任意曲線移動，適合轉(zhuǎn)運空間有限、作業(yè)通道狹窄的環(huán)境，同時實現(xiàn)行走和升降；所述升降支撐2采用多層剪刀叉結(jié)構(gòu)連接，通過雙排油缸驅(qū)動，油缸的底座和油缸桿的頂端分別與最底層的剪刀叉和中間的剪刀叉連接，當(dāng)需要將升降支撐2進行升高時，伸長油缸桿的伸出長度，縮短最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現(xiàn)所述升降支撐2的升高；當(dāng)需要將所述升降支撐2進行降低時，縮短油缸桿的伸出長度，伸長最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現(xiàn)所述升降支撐2的降低，降低到最低高度的所述升降支撐2的多層剪刀叉均落到所述移動平臺1的凹槽內(nèi)，節(jié)省空間；所述移動平臺1整體為方鋼焊接而成，為長方形結(jié)構(gòu)，所述移動平臺1的兩端安裝兩端為所述驅(qū)動系統(tǒng)3，所述移動平臺1的中間安裝所述升降支撐2；所述移動平臺1的四周的側(cè)面安裝防撞條，所述防撞條采用高彈性橡膠條，緩沖在運行中遇到障礙物時對整車的沖擊；所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4包括：三坐標(biāo)測量臂41、機箱、在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件、傳感器、高性能數(shù)據(jù)采集卡、任意波形發(fā)生器、功率放大器、程控放大器、控制器、顯示屏；所述在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件、所述任意波形發(fā)生器、所述控制器及所述高性能數(shù)據(jù)采集卡置于所述機箱內(nèi)，所述機箱分別連接所述功率放大器、所述程控放大器、所述顯示屏；所述傳感器安裝在所述三坐標(biāo)測量臂41的頂端，所述傳感器與所述程控放大器連接；通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件控制所述任意波形發(fā)生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調(diào)制電壓信號，該電壓信號經(jīng)過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大后的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結(jié)構(gòu)中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發(fā)送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經(jīng)過所述程控放大器處理后的Lamb波信號輸入至所述高性能數(shù)據(jù)采集卡，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率設(shè)置為1MS/s，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)輸入到所述控制器進行相應(yīng)的存儲和處理，并在所述顯示屏上得到松動損傷監(jiān)測結(jié)果；依據(jù)上述過程，首先采集緊固件處于緊固狀態(tài)時的信號，即健康信號；監(jiān)測緊固件是否松動時，繼續(xù)采集緊固件處于松動或損傷時刻的信號，即損傷信號，將損傷信號減去健康信號，得到差信號；當(dāng)緊固件一直處于緊固狀態(tài)時，采集到的健康信號和損傷信號在理論上應(yīng)該完全一樣，此時差信號應(yīng)該為零；在所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4中設(shè)置一個閾值，將截斷后的差信號幅值作為判斷緊固件松動監(jiān)測的損傷因子，當(dāng)損傷因子小于設(shè)定的閾值時，表示差信號是由于噪聲干擾及壓電傳感器差異性造成的，因此判斷緊固件一直處于緊固狀態(tài)；當(dāng)損傷因子大于設(shè)定的閾值時，表示差信號是緊固件松動原因所造成的，因此判斷緊固件處于松動狀態(tài)。

如圖1、2所示，本發(fā)明基于Lamb的可移動式緊固件松動損傷在線監(jiān)測裝置的工作方法具體步驟如下：

通過所述控制系統(tǒng)5的遙控器調(diào)節(jié)所述移動平臺1的全方位行走，并移動到需要進行監(jiān)測的緊固件附件，調(diào)節(jié)油缸桿的伸出長度，實現(xiàn)所述升降支撐2升降到合適的監(jiān)測位置，通過所述三坐標(biāo)測量臂41的空間運動與所述移動平臺1相配合，實現(xiàn)不同位置的緊固件在空間范圍內(nèi)的實時、在線、有效的監(jiān)測；通過所述在線監(jiān)測系統(tǒng)4的軟件控制所述任意波形發(fā)生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調(diào)制電壓信號，該電壓信號經(jīng)過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大后的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結(jié)構(gòu)中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發(fā)送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經(jīng)過所述程控放大器處理后的Lamb波信號輸入至所述高性能數(shù)據(jù)采集卡，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率設(shè)置為1MS/s，所述高性能數(shù)據(jù)采集卡將采集到的數(shù)據(jù)輸入到所述控制器進行相應(yīng)的存儲和處理，并在所述顯示屏上得到緊固件的松動損傷監(jiān)測結(jié)果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。